基于遙感的連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估

賈艷紅， 許琦彥， 陳 麗

（1.淮海工學院 測繪工程學院， 江蘇 連云港 222005；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院， 江蘇 連云港 222001）

基于遙感的連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估

賈艷紅1，2， 許琦彥1， 陳 麗2

（1.淮海工學院 測繪工程學院， 江蘇 連云港 222005；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院， 江蘇 連云港 222001）

利用遙感手段提取連云港土地利用信息，并確定生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)，進而分析各分區(qū)的服務功能，結合影子工程法、市場價值法等生態(tài)系統(tǒng)價值評估方法對連云港耕地、 林地和鹽田生態(tài)系統(tǒng)的服務功能進行了價值估算。 結果顯示， 2010 年連云港耕地、 林地和鹽田三類生態(tài)系統(tǒng)的服務功能總價值為 174 億元， 其中耕地價值占 90%。上述三類生態(tài)系統(tǒng)的直接和間接經(jīng)濟價值分別占總價值量的 52.22%和 47.78%， 說明在連云港經(jīng)濟社會發(fā)展過程中，作為間接經(jīng)濟價值體現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能與直接經(jīng)濟價值體現(xiàn)的物質(zhì)生產(chǎn)功能同樣不可忽視。

生態(tài)系統(tǒng)服務功能；價值評估；遙感；連云港

引言

眾所周知，生態(tài)系統(tǒng)是人類文明延續(xù)和發(fā)展的物質(zhì)基礎。所謂生態(tài)系統(tǒng)服務功能，是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成的、維持人類生存的自然環(huán)境條件及其效用，是通過生態(tài)系統(tǒng)功能直接或間接得到的產(chǎn)品和服務[1]。無論是在人類社會產(chǎn)生之初，還是在人類改造自然能力突飛猛進的今天，人類對環(huán)境的依賴性都在日益增強，環(huán)境和生態(tài)因素對人類社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐性愈顯突出。自上世紀 70年代生態(tài)系統(tǒng)服務功能的概念被提出以后，對于生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究逐步深入，并受到了越來越多的關注[1-10]。

在國內(nèi)外學者的研究中，對于與人類生活密切相關的城市生態(tài)系統(tǒng)的服務功能價值評估的研究并不是很多[2]。城市和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類主要的活動場所，是維持人類社會穩(wěn)定和發(fā)展的基石。連云港市地理位置優(yōu)越，自然資源豐富，對連云港進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估有助于幫助人們認識連云港城市生態(tài)系統(tǒng)為人類發(fā)展提供的直接或間接的產(chǎn)品及服務狀況，可為連云港城市發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整提供參考，有助于實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

連云港地處江蘇省東北部，黃海之濱。下轄新浦區(qū)、海州區(qū)、連云區(qū)和東海、贛榆、灌云和灌南四縣。全市以第二產(chǎn)業(yè)為主，第三、第一產(chǎn)業(yè)為輔，經(jīng)濟增速可觀，處于綜合競爭力快速增長的時期。

本文基于研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)和區(qū)域統(tǒng)計數(shù)據(jù)開展連云港市生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估研究。其中，遙感影像數(shù)據(jù)是來自國際科學數(shù)據(jù)服務平臺的 Landsat5 TM 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取時間是2010年8月19日，空間分辨率為30米，少云；統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《江蘇省統(tǒng)計年鑒 2011》[11]。

2 基于遙感的研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)

研究中利用 ENVI 軟件對獲取的 Landsat5 TM影像進行了輻射校正和幾何精校正等預處理。在此基礎上將 4、3、2 波段分別賦予紅、綠、藍三色生成假彩色影像，并對假彩色影像進行了卷積增強和輻射增強以便識別地物。

在前期準備基礎上，通過監(jiān)督分類獲取研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)。在監(jiān)督分類過程中，采用ROI工具獲取訓練樣區(qū)。為科學選擇訓練樣區(qū)，在樣區(qū)選擇過程中不斷檢查各組分樣區(qū)之間的分離度，若分離度在 1.8 ～ 2 之間則說明分離良好，否則需要選取更多訓練樣區(qū)或刪除錯誤訓練區(qū)，必要時可考慮合并兩種不同的類別。在訓練樣區(qū)選擇基礎上，采用最大似然法進行監(jiān)督分類，并結合連云港市行政區(qū)劃圖和土地利用圖對分類結果進行驗證，最終繪制得到基于 TM 影像的連云港土地利用圖，并通過計算得到各個生態(tài)區(qū)的面積信息（如表1所示）。

3 連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估方法

在現(xiàn)有眾多生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算方法中，常用的評估方法有直接市場法、替代市場法和模擬市場價值法三種[3]。直接市場法又可分為費用支出法、市場價值法、機會成本法、影子工程法等；替代市場法包括旅行費用法等；模擬市場價值法可以具體為條件價值法。針對連云港生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)情況，擬采用影子工程法、市場價值法、替代市場法等對連云港各生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行估算。

表1 2010 年連云港各生態(tài)分區(qū)面積表Tab.1 Areas of Lianyungang ecosystems

3.2 連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能分析

連云港主要土地利用類型為耕地、水體、建筑用地、林地和鹽田。考慮到水體和建筑用地的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值對區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構影響不顯著，本文的目的旨在通過生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整提供決策參考。故本研究中重點分析了耕地、林地和鹽田三個生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)。根據(jù)徐俏等 2003 年對廣州市生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的評估[2]和歐陽志云等 1999 年的研究[4]，并結合連云港生態(tài)系統(tǒng)的實際情況，將連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能分成四類，分別是物質(zhì)生產(chǎn)、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源和空氣凈化。其中耕地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能包括物質(zhì)生產(chǎn)、固碳釋氧和涵養(yǎng)水源，林地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能包括物質(zhì)生產(chǎn)、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源和空氣凈化，鹽田生態(tài)系統(tǒng)的服務功能主要是物質(zhì)生產(chǎn)。

3.2.1 物質(zhì)生產(chǎn)價值

生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)物質(zhì)產(chǎn)品的價值，如耕地出產(chǎn)的農(nóng)作物、鹽田出產(chǎn)的海鹽和淡水流域出產(chǎn)的水產(chǎn)品等，屬于直接經(jīng)濟價值。該價值可用市場價值法計算，方法如下：

式中：A為物質(zhì)生產(chǎn)價值，a為產(chǎn)品產(chǎn)量，p是產(chǎn)品單價。

3.2.2 固碳釋氧價值

在地球生態(tài)系統(tǒng)中，含有葉綠素的植物在進行光合作用時，會吸收 CO2，而將其轉(zhuǎn)化為含碳的有機物和 O2。按照光合作用公式，每吸收 1.63 克的 CO2，能產(chǎn)生 1 克的有機物，同時釋放出 1.19 克的 O2[5]。對于耕地系統(tǒng)，植物年生長總量相當于耕地年產(chǎn)量。對于林地系統(tǒng)，植物年生長總量為凈初級生產(chǎn)力與林地面積的乘積[6]。因此，固定 CO2的價值常采用碳稅法計算，計算公式如下：

式中：Vc為固定 CO2的價值，Qc表示系統(tǒng)固定 CO2的總量，Tc表示碳稅價格，在 《中國生物多樣性國情研究報告》中也以瑞典碳稅率150 美元/噸為標準[7]，按 2010 年匯率折 算 為1 016 元/噸。釋放 O2的價值采用工業(yè)制氧影子價格法計算，計算公式如下：

式中：Vo表示釋放 O2的價值，Qo表示釋放 O2的總量，Co表示工業(yè)制氧成本，按照 400 元/噸計算[8]。

3.2.3 涵養(yǎng)水源價值

陸地植被具有調(diào)節(jié)徑流的作用，植物的根系使土壤對雨水更具有滲透性[9]。涵養(yǎng)水源價值可采用影子工程法進行計算，具體計算公式如下：

式中：Q代表涵養(yǎng)水源價值，V代表生態(tài)系統(tǒng)的蓄水量，t代表建設單位體積的水庫所需要的投資，按 0.67 元/立方米計算[10]。

3.2.4 空氣凈化價值

連云港市主要空氣污染物有 SO2和工業(yè)粉塵等，生態(tài)系統(tǒng)對空氣污染物有很好的凈化能力。兩者價值可以用替代花費法計算。其中吸收二氧化硫的價值算法為：

式中：Vs是吸收 SO2的價值，S 是系統(tǒng)面積，Qs是吸收 SO2的能力，Cs是去除 SO2的成本。

滯塵價值的算法為：

式中：Vd是滯塵價值，Qd是滯塵能力，Cd表示去除粉塵的成本。有研究顯示，中國地區(qū)闊葉林吸收 SO2的平均能力是 88.65 千克/公頃，滯塵能力是 10.11 噸/公頃，而每去除 100 噸的SO2排放量的投資額和運行費總和為 6 萬元，去除粉塵的成本為 170 元/噸[9]。

3.3 連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估

根據(jù)上述連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能分析及各類生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估方法，結合遙感數(shù)據(jù)中獲取的連云港生態(tài)分區(qū)面積數(shù)據(jù)及《江蘇省統(tǒng)計年鑒 2011》[11]，對連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行評估。

3.3.1 耕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算

根據(jù)表 1 可知，研究區(qū)共有 5 809.54 平方千米耕地。耕地生態(tài)系統(tǒng)有物質(zhì)生產(chǎn)、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源三方面服務功能。

1） 物質(zhì)生產(chǎn)價值

根據(jù) 《江蘇省統(tǒng)計年鑒 2011》[11]，單位面積糧食產(chǎn)量為 6 124 千克/公頃。因此耕地糧食產(chǎn) 量為 3.56 萬 噸 ， 2010 年糧食 價格 為 2 300元/噸。由此可得，耕地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)價值為 7.73×109元。

2） 固碳釋氧價值

2010 年連云港耕地出產(chǎn)糧食總量為 336.24萬噸，可計算出固定的 CO2為 548.07 萬噸，釋放的 O2量為 403.49 萬噸。由碳稅法和工業(yè)制氧法可分別計算出該年固定 CO2的價值為5.81×109元，釋 放 O2的價 值 為 1.61 ×109元 。耕地系統(tǒng)的固碳釋氧總價值為 7.42×109元。

3） 涵養(yǎng)水源價值

根據(jù)劉桃菊等2001 年 的研 究[12]，結合連云港地區(qū)實際情況，研究決定將連云港耕地的單位平均蓄水量定為 0.14 米來參與評估，由此可得連云港耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值為5.15×108元。

綜上所述，連云港耕地生態(tài)系統(tǒng)各項服務功能價值估算結果如表2所示。

3.3.2 林地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算

林地生態(tài)系統(tǒng)服務功能包括物質(zhì)生產(chǎn)、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源和凈化空氣四方面。

1） 物質(zhì)生產(chǎn)價值

表2 連云港耕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值Tab.2 The value of cultivated land ecosystem in Lianyungang

連云港林地生態(tài)系統(tǒng)主要集中在云臺山區(qū)，林地物質(zhì)生產(chǎn)價值主要體現(xiàn)在竹筍、白果、板栗等林產(chǎn)品上。參考《江蘇省統(tǒng)計年鑒2011》[11]，可得 2010 年連云港林地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)價值為 6.05×108元。

2） 固碳釋氧價值

林地系統(tǒng)中，植物年生長量為植物凈初級生產(chǎn)力 （NPP） 與林地面積的乘積。李高飛等在 2004 年研究認為暖溫帶落葉闊葉林生產(chǎn)力平 均 值 為 9.54 噸·公 頃-1·年-1[13]。 由 此 可 得 到2010 年連云港林地生態(tài)系統(tǒng)植物年生長總量為 1.54×105噸。因此，其年固定 CO2的價值為2.65 ×108元 ， 釋 放 O2的價值 為 7.33 ×107元。故林地系統(tǒng)總的固碳釋氧價值為 3.38×108元。

3） 涵養(yǎng)水源價值

中國溫帶、亞熱帶落葉闊葉林單位水分涵養(yǎng)量為 616.28 立方米·公頃-1·年-1[14]，由此可計算出涵養(yǎng)水源價值為 6.65×106元。

4） 空氣凈化價值

由公式 （5） 和公式 （6），可得 2010 年連云港林地生態(tài)系統(tǒng)吸收 SO2為 1 426.7 噸，滯塵 1.63×105噸，因此可計算出吸收 SO2的價值是 8.56×105元，滯塵價值是 2.77×107元。兩者相加即可算出林地的空氣凈化價值為 2.86×107元。

綜上所述，林地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值計算結果如表3所示。

3.3.3 鹽田生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值計算

由表 1 可知，2010 年連云港鹽田面積為354.04 平方千米。鹽田生態(tài)系統(tǒng)服務功能主要體現(xiàn)在物質(zhì)生產(chǎn)方面。

1） 物質(zhì)生產(chǎn)

根據(jù)實地走訪勘察，估計連云港單位面積鹽 田 每 年 原 鹽 產(chǎn) 量 約 為 78.1 噸·公 頃-1·年-1。2010 年連云港地區(qū)原鹽出廠價為 270 元/噸。由此可計算出鹽田的物質(zhì)生產(chǎn)價值是 7.47×108元。結果如表4所示。

表3 連云港林地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值Tab.3 The value of forest ecosystem in Lianyungang

表4 連云港鹽田生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值Tab.4 The value of salt pan ecosystem in Lianyungang

3.4 連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值分析

根據(jù)表 2、表 3和表 4中得到的連云港各生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算結果，并結合各個生態(tài)分區(qū)的面積數(shù)據(jù)，可得到表5。另據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值計算結果，統(tǒng)計各類生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值如表6所示。

分析表 5、表 6 可知，2010 年連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值總量約為 1.74×1010元，合174 億元。而 2010 年連云港生產(chǎn)總值為 1 193.31 億元[11]，在僅統(tǒng)計耕地、林地、鹽田三類生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值情況下，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量就相當于地區(qū)生產(chǎn)總值的14.5%，可見生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值在區(qū)域經(jīng)濟價值中占有重要份額。

從不同生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的服務功能價值量來看，耕地貢獻的價值量最大，占所有生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值總量的 90.08%，而由表 5 可知，耕地面積占參與計算的所有生態(tài)區(qū)面積的91.42%，因此其龐大的價值量除了與耕作物本身的生態(tài)價值有關外，也得益于龐大的耕地數(shù)量。同時，可以發(fā)現(xiàn)林地以 2.67%的面積創(chuàng)造了 5.63%的價值，不論是從服務功能的種類上還是從提供服務功能價值的效率上都是所有生態(tài)系統(tǒng)中最高的。林地單位面積價值量達到了608 萬元/平方千米，是平均單位面積價值的2.9 倍左右。說明林地對人類社會和地球生態(tài)的維系作用顯著。在參與評估的三種生態(tài)系統(tǒng)中，鹽田生態(tài)系統(tǒng)服務功能較為單一，僅有物質(zhì)生產(chǎn)的直接經(jīng)濟價值，其單位面積價值是三者中最低的。

表5 連云港各生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值對比Tab.5 The value comparison of various Lianyungang ecosystems

表6 連云港生態(tài)系統(tǒng)各服務功能價值對比Tab.6 The comparison of service function values of Lianyungang ecosystems

分析表6可以看出，在僅分析耕地、林地和鹽田三個生態(tài)子系統(tǒng)情況下，在連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能所提供的各項價值中，直接價值量略多于間接價值量，總體上大致相當。在間接價值中，又以 CO2固定和 O2釋放價值所占比例最大，在間接價值量中占到了 93.4%，其中又有絕大部分來自于耕地中產(chǎn)生的固碳釋氧價值。

5 結 論

本文利用2010年連云港 Landsat5 TM 影像，提取了研究區(qū)土地利用類型信息，并確定了生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)及其服務功能，結合影子工程法、市場價值法、替代市場法等生態(tài)系統(tǒng)價值評估方法對連云港耕地、林地和鹽田生態(tài)系統(tǒng)的服務功能進行了價值估算。結果顯示，連云港生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值為 174 億元，相當于當年地區(qū)生產(chǎn)總值的 14.5%，其中直接經(jīng)濟價值占 52.22%，間接經(jīng)濟價值占 47.78%。通過研究可知生態(tài)系統(tǒng)服務功能在區(qū)域建設中的作用至關重要，其不僅通過直接經(jīng)濟價值的方式直觀地拉動區(qū)域經(jīng)濟數(shù)據(jù)，更以間接經(jīng)濟價值的方式促進了區(qū)域經(jīng)濟的增長，特別是森林生態(tài)系統(tǒng)，其對連云港的可持續(xù)發(fā)展有巨大的推動作用，因此，在今后連云港市產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整中應大力發(fā)展林業(yè)生產(chǎn)。

由于本次研究是首次對連云港城市生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的評估，其中重點評估了耕地、林地和鹽田三個生態(tài)子系統(tǒng)的服務功能價值，研究在空間廣度上還將繼續(xù)完善。鑒于研究中使用的遙感數(shù)據(jù)空間分辨率有限這一現(xiàn)實，對連云港城市其他生態(tài)系統(tǒng)的詳細分類和面積估算會帶來巨大影響。因此，本研究只做了上述保守分析和估算，今后還將在引入高分辨率遙感數(shù)據(jù)開展全面的城市生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估研究方面不斷完善。

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Evaluation of Ecosystem Service Function Value in Lianyungang Based on Remote Sensing

Jia Yanhong1，2， Xu Qiyan1， Chen Li2
（1.School of Geodesy&Geomatics Engineering,Huaihai Institute of Technology， Lianyungang 222005，China； 2.Jiangsu Provinial R&D Institute of Marine Resources， Lianyungang 222001， China）

Ecosystem service function supplied by ecosystem is of great importance in the development of human society.Evaluation of ecosystem service function value can provide reference basis for regional sustainable development.Land use information was extracted from the TM image in Lianyungang taken in 2010 to define different ecosystem areas. Service function values of 3 different ecosystems， i.e.， cultivated land， forest and salt pan, were evaluated combined with Shadow Project Approach,Market Value Approach and Surrogate Market Approach.Result showed that the total ecosystem service function value was 17.4 billion Yuan.The cultivated land ecosystem counted for 90 per cent.The 52.22 per cent was direct economic value,and the rest was indirect economic value.This illustrates that ing the development process of Lianyungang,the regulatory function provided by ecosystems was as important as the material production which comes from ecosystems.

Ecosystem service function； value evaluation； TM image； Lianyungang

F129.9.53

A

2095-1647（2013）01-0001-06

2012-11-14

國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項 （201105004）； 江蘇省海洋資源開發(fā)研究院開放課題 （JSIMR11B16）； 淮海工學院引進人才科研啟動基金項目 （KQ09024）； 江蘇省海洋經(jīng)濟研究中心課題 （HK201013）； 2012 年度淮海工學院大學生實驗室創(chuàng)新項目共同資助。

賈艷紅， 女， 博士， 講師， 主要研究方向： 海洋信息技術與生態(tài)經(jīng)濟， E-mail： j-913@163.com。

許琦彥， 男， 主要研究方向： 地理信息系統(tǒng)， E-mail： kean.x91@gmail.com。